进程控制下篇

news2024/11/26 20:22:06

进程控制下篇

1.进程创建

1.1认识fork / vfork

在linux中fork函数时非常重要的函数，它从已存在进程中创建一个新进程。新进程为子进程，而原进程为父进程

#include<unistd.h>
int main()
{
	pid_t i = fork;
	return 0;
}

当前进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做：
分配新的内存块和内核数据结构给子进程
将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程
添加子进程到系统进程列表当中
fork返回，开始调度器调度

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <cstdio>



int main()
{
pid_t pid;
printf("Before: pid is %d\n", getpid());
if ( (pid=fork()) == -1 )perror("fork()"),exit(1);
printf("After:pid is %d, fork return %d\n", getpid(), pid);
sleep(1);
return 0;
}

简单来说在fork之后会有两个进程，有两个进程地址空间，子进程拷贝了父进程的地址空间以及页表，然后在进行自己的程序运行。具体在产生两个进程的时候谁先谁后这个就全取决于调度器；

调度器：就是根据确定的算法对进程以及os需要进行的任务进行调度的一个程序，

1.2fork函数返回值

父进程返回的是子进程的pid

子进程返回的是0

1.3写时拷贝

通常，父子代码共享，父子再不写入时，数据也是共享的，当任意一方试图写入，便以写时拷贝的方式各自一份副
本。具体见下图:

这也就是为什么我们上篇提到的同样的变量在父子进程中得到的数据不同！

1.4fork常规用法

一个父进程希望复制自己，使父子进程同时执行不同的代码段。例如，父进程等待客户端请求，生成子
进程来处理请求。
一个进程要执行一个不同的程序。例如子进程从fork返回后，调用exec函数

1.5fork调用失败的原因

系统中有太多的进程
实际用户的进程数超过了限制

2.进程终止

2.1进程退出场景

代码运行完毕，结果正确
代码运行完毕，结果不正确
代码异常终止

2.2进程常见退出方法

2.2.1正常终止

（可以通过 echo $? 查看进程退出码）：
从main返回

调用exit

_exit

2.2.2异常退出

ctrl + c，信号终止

2.2.3_exit函数

说明：虽然status是int，但是仅有低8位可以被父进程所用。所以_exit(-1)时，在终端执行$?发现返回值
是255

2.2.4exit函数

  1. 执行用户通过 atexit或on_exit定义的清理函数。

  2. 关闭所有打开的流，所有的缓存数据均被写入

  3. 调用_exit

int main()
{
printf("hello");
exit(0);
}


int main()
{
printf("hello");
_exit(0);
}

2.2.5return退出

return是一种更常见的退出进程方法。执行return n等同于执行exit(n),因为调用main的运行时函数会将main的返
回值当做 exit的参数。

3.进程等待

3.1进程等待必要性

之前讲过，子进程退出，父进程如果不管不顾，就可能造成‘僵尸进程’的问题，进而造成内存泄漏。
另外，进程一旦变成僵尸状态，那就刀枪不入，“杀人不眨眼”的kill -9 也无能为力，因为谁也没有办法
杀死一个已经死去的进程。
最后，父进程派给子进程的任务完成的如何，我们需要知道。如，子进程运行完成，结果对还是不对，
或者是否正常退出。
父进程通过进程等待的方式，回收子进程资源，获取子进程退出信息

3.2进程等待的方法

3.2.1wait方法

返回值：
成功返回被等待进程pid，失败返回-1。
参数：
输出型参数，获取子进程退出状态,不关心则可以设置成为NULL

3.2.2waitpid方法

返回值：
当正常返回的时候waitpid返回收集到的子进程的进程ID；
如果设置了选项WNOHANG,而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集,则返回0；
如果调用中出错,则返回-1,这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在；
参数：
pid：
Pid=-1,等待任一个子进程。与wait等效。
Pid>0.等待其进程ID与pid相等的子进程。
status:
WIFEXITED(status): 若为正常终止子进程返回的状态，则为真。（查看进程是否是正常退出）
WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。（查看进程的退出码）
options:
WNOHANG: 若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等待。若正常结束，则返回该子进
程的ID。

如果子进程已经退出，调用wait/waitpid时，wait/waitpid会立即返回，并且释放资源，获得子进程退
出信息。
如果在任意时刻调用wait/waitpid，子进程存在且正常运行，则进程可能阻塞。
如果不存在该子进程，则立即出错返回。

3.3获取子进程status

wait和waitpid，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统填充。
如果传递NULL，表示不关心子进程的退出状态信息。
否则，操作系统会根据该参数，将子进程的退出信息反馈给父进程。
status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待，具体细节如下图（只研究status低16比特
位）：

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <cstdio>
#include <error.h>
#include <cstdlib>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
    pid_t i = fork();
    if(i == 0)
    {
        //child
        int a = 5;
        while(a--)
        {
            sleep(1);
            printf("child::pid:%d\n",getpid());
        }
        //sleep(20);//休眠20秒正常退出
        exit(10);
    }
    else
    {
        //parent
        int st;
        int ret = wait(&st);//父进程等待子进程退出并获取退出码
        if(ret > 0 && ( st & 0X7F ) == 0)
        {
            printf("get the exit code :%d\n",(st>>8)&0XFF);
        }
        else if(ret>0)
        {
            printf("get the sig code :%d\n",st&0X7F);
        }   
        i = fork();
        if(i == 0)
        {
            //child
            int a = 5;
            while(a--)
            {
                sleep(1);
                printf("child::pid:%d\n",getpid());
            }
        }
        else
        {
            //parent
            int st;
            int ret = wait(&st);//父进程等待子进程退出并获取退出码
            if(ret > 0 && ( st & 0X7F ) == 0)
            {
                printf("get the exit code :%d\n",(st>>8)&0XFF);
            }
            else if(ret>0)
            {
                printf("get the sig code :%d\n",st&0X7F);
            } 
        }
    }
    return 0;
}

3.4等待方式

3.4.1进程的阻塞等待方式

int main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if(pid < 0)
    {
        printf("%s fork error\n",__FUNCTION__);
        return 1;
    } 
    else if( pid == 0 ){ //child
        printf("child is run, pid is : %d\n",getpid());
        sleep(5);
        exit(10);
    } 
    else
    {
        int status = 0;
        pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0);//阻塞式等待，等待5S
        printf("this is test for wait\n");
        if( WIFEXITED(status) && ret == pid )
        {
            printf("wait child 5s success, child return code is :%d.\n",WEXITSTATUS(status));
        }
        else
        {
            printf("wait child failed, return.\n");
            return 1;
        }
    }
    return 0;
}

3.4.2非阻塞等待方式

int main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if(pid < 0)
    {
        printf("%s fork error\n",__FUNCTION__);
        return 1;
    } 
    else if( pid == 0 ){ //child
        printf("child is run, pid is : %d\n",getpid());
        sleep(5);
        exit(10);
    } 
    else
    {
        int status = 0;
        //pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0);//阻塞式等待，等待5S
        pid_t ret = 0;
        while(ret == 0)
        {
            sleep(1);
            ret = waitpid(-1, &status, WNOHANG);
            if(ret == 0)
            {
                printf("child is runing\n");
            }
            
        }
        printf("this is test for wait\n");
        if( WIFEXITED(status) && ret == pid )
        {
            printf("wait child 5s success, child return code is :%d.\n",WEXITSTATUS(status));
        }
        else
        {
            printf("wait child failed, return.\n");
            return 1;
        }
    }
    return 0;
}

4.进程程序替换

4.1替换原理

用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序(但有可能执行不同的代码分支),子进程往往要调用一种exec函数
以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时,该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换,从新程序的启动
例程开始执行。调用exec并不创建新进程,所以调用exec前后该进程的id并未改变

4.2替换函数（exec系列函数）

4.3函数解释

这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行,不再返回。
如果调用出错则返回-1
所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值

4.4更好的记忆方式

l(list) : 表示参数采用列表
v(vector) : 参数用数组
p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH
e(env) : 表示自己维护环境变量

5.简易shell命令行

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <ctype.h>
#include <wait.h>
#include <string>
#define MAX_CMD 1024
char command[MAX_CMD];
int workername()
{
    memset(command, 0, MAX_CMD);
    printf("[ minishell] $ ");
    fflush(stdout);
    if (scanf("%[^\n]%*c",command) == 0) {
    getchar();
    return -1;
    }
    return 0;
}
char **minshell(char *buff)
{
    int argc = 0;
    static char *argv[32];
    char *ptr = buff;
    while(*ptr != '\0') {
    if (!isspace(*ptr)) {
    argv[argc++] = ptr;
    while((!isspace(*ptr)) && (*ptr) != '\0') {
    ptr++;
    }
    }else {
    while(isspace(*ptr)) {
    *ptr = '\0';
    ptr++;
    }
    }
    }
    argv[argc] = NULL;
    return argv;
}
int exec(char *buff)
{
    char **argv = {NULL};
    int pid = fork();
    if (pid == 0) {
    argv = minshell(buff);
    if (argv[0] == NULL) {
    exit(-1);
    }
    execvp(argv[0], argv);
    }else {
    waitpid(pid, NULL, 0);
    }
    return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    while(1) {
        if (workername() < 0)
        continue;
        exec(command);
    }
    return 0;
}

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